使用频谱分析仪- MATLAB和Simulink - MathWorks澳大利亚查看谱图金宝app

使用频谱分析仪查看光谱图

光谱图是一个二维的表示功率谱的信号，当这个信号扫过时间。它们可以直观地理解信号的频率内容。谱图的每一行都是一个周期图，使用滤波器组方法或韦尔奇算法的平均修改周期图计算。

为了显示谱图的概念，这个例子使用了这个模型ex_psd_sa作为起点。

打开模型并双击频谱分析仪块。在光谱设置窗格中,改变视图来光谱图．的方法被设置为滤波器组．运行模型。你可以在频谱分析仪窗口中看到谱图输出。为了获取和存储数据以供进一步处理，可以创建一个SpectrumAnalyzerConfiguration对象并运行getSpectrumData函数。

频谱分析仪显示信号的频谱图。在“频谱设置”中，“类型”设置为“功率”，“视图”设置为“频谱图”，“全频率跨度”复选框选中，“分辨率”设置为“RBW”(Hz)。y轴表示时间历史，单位为秒;x轴表示频率，单位为Hz，最大值范围为- 80dbm ~ 20dbm。频谱图显示两条垂直线，一条在5千赫，另一条在10千赫。

Colormap

功率谱是作为频率的函数计算的f并被绘制成水平线。这条线上的每一点都有特定的颜色，这是基于特定频率的功率值。颜色是根据在显示器顶部看到的颜色图来选择的。要更改颜色映射，请单击视图>配置属性，然后选择其中一个选项彩色地图．确保视图被设置为光谱图．默认情况下,彩色地图被设置为飞机(256)．

正弦波的两个频率在5khz和10khz清晰可见。由于频谱分析仪采用滤波器组方法，在峰值处没有谱泄漏。正弦波嵌入了高斯噪声，其方差为0.0001。这个值对应于-40 dBm的幂。映射到- 40dbm的颜色被分配到噪声频谱。5 kHz和10 kHz正弦波功率为26.9 dBm。在这两个频率上显示所用的颜色对应于色图上的26.9 dBm。有关功率如何以dBm计算的更多信息，请参见“功率以瓦为单位到dBW和dBm的转换”。

要确认dBm值，请更改视图来光谱．这个视图显示了信号在不同频率下的功率。

4.996 kHz峰值为26.9839 dBm, 9.991 kHz峰值为25.4886 dBm, 7.623 kHz峰值为-33.2572 dBm。

可以看到，功率显示中的两个峰值振幅约为26 dBm，白噪声平均约为-40 dBm。

显示

在谱图显示中，时间从上到下滚动，所以最近的数据显示在显示的顶部。随着模拟时间的增加，偏移时间也会增加，以保持垂直轴限制不变，同时考虑传入的数据。的抵消数值和仿真时间显示在谱图示波器的右下角。

分辨率带宽(RBW)

分辨率带宽(Resolution Bandwidth, RBW)是频谱分析仪能够解决的最小频率带宽。默认情况下,RBW(赫兹)被设置为汽车．在自动模式下，RBW为频率跨度与1024的比值。在双边光谱中，这个值为F_年代/ 1024在片面的范围内，它确实是(F_年代/ 2) / 1024．本例中RBW为(44100/2)/1024或21.53 Hz。

如果方法被设置为滤波器组，使用这个值RBW，计算一次光谱更新所需的输入样本数为N_样品= F_年代/ RBW，在本例中为44100/21.53或2048。

如果方法被设置为韦尔奇，使用这个值RBW，窗口长度(N_样品)使用这个关系迭代计算:

$N_{年代一个米 p l e 年代} ＝ \frac{（ 1 - \frac{O_{p}}{One hundred.} ） \times N E N B W \times F_{年代}}{R B W}$

O_p是之前和当前缓冲数据段之间的重叠量。NENBW为窗口的等效噪声带宽。

有关谱估计算法的详细信息，请参阅光谱分析．

为了区分显示器中的两个频率，两个频率之间的距离必须至少为RBW。在本例中，两个峰值之间的距离为5000hz，大于RBW．因此，你可以清楚地看到山峰。

将第二个正弦波的频率从10000hz改为5015hz。两个频率的差值为15hz，小于RBW．

光谱图显示在5千赫的一条线。

在缩放时，您可以看到5000赫兹和5015赫兹的峰值是无法区分的。

放大谱图显示在5千赫有一条粗线。

要提高频率分辨率，请降低RBW至1hz，运行仿真。放大后，这两个相隔15hz的峰值现在可以分辨出来

谱图显示两条线，一条在5000赫兹，另一条在5015赫兹。

时间分辨率

时间分辨率是垂直坐标轴上两条谱线之间的距离。默认情况下,时间res(年代)被设置为汽车．在该模式下，时间分辨率的值为1 / RBWS，这是可达到的最小分辨率。当增加频率分辨率时，时间分辨率降低。要在频率分辨率和时间分辨率之间保持良好的平衡，改变分辨率RBW(赫兹)来汽车．也可以指定时间res(年代)作为一个数值。

转换单位之间的功率

频谱分析仪提供三个单位来指定功率谱密度:瓦特/赫兹，dBm /赫兹,瓦分贝/赫兹．相应的功率单位为美国瓦茨，dBm,瓦分贝．对于电气工程应用，您还可以查看信号的均方根值Vrms或伏特分贝．默认频谱类型为权力在dBm．

转换功率，以瓦为dBW和dBm

权力瓦分贝是由:

$P_{d B W} ＝ 10 日志 10 （ p o w e r 我 n w 一个 t t / 1 w 一个 t t ）$

权力dBm是由:

$P_{d B 米} ＝ 10 日志 10 （ p o w e r 我 n w 一个 t t / 1 米我 l l 我 w 一个 t t ）$

对于振幅为1v的正弦波信号，在美国瓦茨是由:

$\begin{array}{l} P_{W 一个 t t 年代} ＝ {一个}^{2} / 2 \\ P_{W 一个 t t 年代} ＝ 1 / 2 \end{array}$

在这个例子中，这个功率等于0.5 W。dBm的对应功率为:

$\begin{array}{l} P_{d B 米} ＝ 10 日志 10 （ p o w e r 我 n w 一个 t t / 1 米我 l l 我 w 一个 t t ） \\ P_{d B 米} ＝ 10 日志 10 （ 0．5 / 10^{- 3.} ） \end{array}$

这里功率为26.9897 dBm。要用峰值查找器确认此值，请单击工具>测量>峰仪．

对于白噪声信号，所有频率的频谱都是平坦的。本例中的频谱分析仪显示[0 Fs/2]范围内的单侧频谱。对于方差为1e-4的白噪声信号，每单位带宽的功率(P_{unitbandwidth})是1的军医。白噪声的总功率美国瓦茨在整个频率范围内给出:

$\begin{array}{l} P_{w h 我 t e n o 我年代 e} ＝ P_{u n 我 t b 一个 n d w 我 d t h} ＊ n u 米 b e r o f f r e 问 u e n c y b 我 n 年代， \\ P_{w h 我 t e n o 我年代 e} ＝（ 10^{- 4} ）＊（ \frac{F 年代 / 2}{R B W} ）， \\ P_{w h 我 t e n o 我年代 e} ＝（ 10^{- 4} ）＊（ \frac{22050}{21.53} ） \end{array}$

频率箱的数量是总带宽与RBW的比值。对于单边频谱，总带宽是采样率的一半。本例中的RBW为21.53 Hz。有了这些值，白噪声的总功率美国瓦茨0.1024 W。在dBm中，白噪声的功率可以用dBm来计算10 * log10 (0.1024/10 ^ 3)，等于20.103 dBm。

转换功率在瓦到dBFS

如果你把光谱单位设置为dBFS并设置完整比例(FullScaleSource)汽车,权力dBFS计算为:

$P_{d B F 年代} ＝ 20. \cdot {日志}_{10} （ \sqrt{P_{w 一个 t t 年代}} / F u l l ＿年代 c 一个 l e ）$

地点:

P_美国瓦茨功率是瓦特吗
对于double和float信号，Full_Scale为输入信号的最大值。
对于定点或整数信号，Full_Scale可以表示的最大值。

如果您指定手动满刻度(设置FullScaleSource来财产),在dBFS是由:

$P_{F 年代} ＝ 20. \cdot {日志}_{10} （ \sqrt{P_{w 一个 t t 年代}} / F 年代）$

在哪里FS完整比例因子是否在全尺度的财产。

对于振幅为1v的正弦波信号，在美国瓦茨是由:

$\begin{array}{l} P_{W 一个 t t 年代} ＝ {一个}^{2} / 2 \\ P_{W 一个 t t 年代} ＝ 1 / 2 \end{array}$

在这个例子中，这个功率等于0.5 W，正弦波的最大输入信号是1v。dBFS中相应的功率为:

$P_{F 年代} ＝ 20. \cdot {日志}_{10} （ \sqrt{1 / 2} / 1 ）$

这里，幂等于-3.0103。要在频谱分析器中确认这个值，运行以下命令:

Fs = 1000;%采样频率sinef = dsp. sine ('SampleRate'，Fs，'SamplesPerFrame'，100);范围= dsp.SpectrumAnalyzer(“SampleRate”,Fs,…'SpectrumUnits'，'dBFS'，'PlotAsTwoSidedSpectrum'，false) %% for ii = 1:100000 xsin = sinef();范围(xsine)结束

然后,单击工具>测量>峰仪．